Cirkons ir visizplatītākais cirkonija minerāls. Tas sastopams visu veidu iežos, bet galvenokārt granītos un sienitos. Hindersonas apgabalā (Ziemeļkarolīna) pegmatītos tika atrasti vairākus centimetrus gari cirkona kristāli, bet Madagaskarā – kilogramus sveroši kristāli. Baddeleyite atrada Jussaks 1892. gadā Brazīlijā. Galvenā atradne atrodas Pocos de Caldas reģionā (Brazīlija). Lielākās cirkonija atradnes atrodas ASV, Austrālijā, Brazīlijā un Indijā.
Krievijā, kas veido 10% no pasaules cirkonija rezervēm (3. vieta pasaulē pēc Austrālijas un Dienvidāfrikas), galvenās atradnes ir: Kovdorskoe primārais baddelīts-apatīts-magnetīts Murmanskas apgabalā, Tugan placer cirkons-rutila-ilmenīts. Tomskas apgabalā Centrālais cirkons-rutila-ilmenīts Tambovas apgabalā, Lukojanovskas cirkons-rutila-ilmenīts Ņižņijnovgorodas apgabalā, Katuginskoe primārais cirkons-pirohlor-kriolīts Čitas reģionā un Ulug-Tanzek primārais hlorkons-cirkons. kolumbīts.
Krājumi cirkonija atradnēs 2012.gadā, tūkst.t *
| Austrālija | 21,000.0 |
| Dienvidāfrika | 14,000.0 |
| Indija | 3,400.0 |
| Mozambika | 1,200.0 |
| Ķīna | 500.0 |
| Citas valstis | 7,900.0 |
| Kopējie krājumi | 48,000.0 |
*ASV Ģeoloģijas dienesta dati
Rūpniecībā izejviela cirkonija ražošanai ir cirkonija koncentrāti ar cirkonija dioksīda masas saturu vismaz 60-65%, kas iegūti, bagātinot cirkonija rūdas. Galvenās metodes metāliskā cirkonija iegūšanai no koncentrāta ir hlorīda, fluorīda un sārmu procesi. Iluka ir lielākais cirkona ražotājs pasaulē.
Cirkona ražošana ir koncentrēta Austrālijā (40% no produkcijas 2010. gadā) un Dienvidāfrikā (30%). Pārējo cirkonu ražo vairāk nekā duci citu valstu. No 2002. līdz 2010. gadam cirkona ieguve katru gadu pieauga vidēji par 2,8%. Lielākie ražotāji, piemēram, Iluka Resources, Richards Bay Minerals, Exxaro Resources Ltd un DuPont ekstrahē cirkonu kā blakusproduktu titāna ieguves laikā. Pēdējo desmit gadu laikā pieprasījums pēc titāna minerāliem nav pieaudzis tādā pašā ātrumā kā pēc cirkona, tāpēc ražotāji ir sākuši attīstīt un izmantot smilšu minerālu atradnes ar augstāku cirkona saturu, piemēram, Āfrikā un Dienvidaustrālijā.
*ASV Ģeoloģijas dienesta dati
Cirkonijs ir izmantots rūpniecībā kopš pagājušā gadsimta 30. gadiem. Augsto izmaksu dēļ tā izmantošana ir ierobežota. Metāliskais cirkonijs un tā sakausējumi tiek izmantoti kodolenerģētikā. Cirkonijam ir ļoti zems termiskās neitronu uztveršanas šķērsgriezums un augsta kušanas temperatūra. Tāpēc metālisks cirkonijs, kas nesatur hafniju, un tā sakausējumi tiek izmantoti kodolenerģētikas nozarē degvielas elementu, degvielas komplektu un citu kodolreaktoru konstrukciju ražošanai.
Dopings ir vēl viena cirkonija pielietojuma joma. Metalurģijā to izmanto kā ligatūru. Labs deoksidētājs un denitrogenizators, kas pārsniedz Mn, Si, Ti efektivitāti. Tēraudu leģēšana ar cirkoniju (līdz 0,8%) palielina to mehāniskās īpašības un apstrādājamību. Tas arī padara vara sakausējumus stiprākus un karstumizturīgākus ar nelielu elektriskās vadītspējas zudumu.
Cirkoniju izmanto arī pirotehnikā. Cirkonijam piemīt ievērojama spēja sadegt atmosfēras skābeklī (pašaizdegšanās temperatūra - 250°C) praktiski bez dūmiem un lielā ātrumā. Tas rada augstāko temperatūru metāliskām degvielām (4650°C). Augstās temperatūras dēļ iegūtais cirkonija dioksīds izstaro ievērojamu gaismas daudzumu, ko ļoti plaši izmanto pirotehnikā (salūtu un salūtu ražošanā), ķīmisko gaismas avotu ražošanā, ko izmanto dažādās cilvēka darbības jomās (lāpas, lāpas). , apgaismojuma bumbas, FOTAB - foto-gaisa bumbas; plaši tika izmantots fotogrāfijā kā daļa no vienreizējās lietošanas zibspuldzēm, līdz to aizstāja elektroniskās zibspuldzes). Pielietojumam šajā jomā interesē ne tikai metāliskais cirkonijs, bet arī tā sakausējumi ar cēriju, kas nodrošina ievērojami lielāku gaismas plūsmu. Pulverveida cirkonijs tiek izmantots maisījumā ar oksidētājiem (Bertoletas sāls) kā bezdūmu līdzeklis pirotehnisko signālu ugunsgrēkos un drošinājumos, aizstājot dzīvsudraba fulminātu un svina azīdu. Tika veikti veiksmīgi eksperimenti par cirkonija sadegšanas izmantošanu kā gaismas avotu lāzera sūknēšanai.
Vēl viens cirkonija pielietojums ir supravadītājos. Supravadošs sakausējums 75% Nb un 25% Zr (supravadītspēja pie 4,2 K) iztur slodzes līdz 100 000 A/cm2. Strukturālā materiāla veidā cirkoniju izmanto skābes izturīgu ķīmisko reaktoru, veidgabalu un sūkņu ražošanai. Cirkoniju izmanto kā cēlmetālu aizstājēju. Kodolenerģētikā cirkonijs ir galvenais materiāls degvielas stieņu apšuvumam.
Cirkonijam ir augsta, pat augstāka nekā titānam, pretestība pret bioloģiskajām vidēm un lieliska biosaderība, kā dēļ to izmanto kaulu, locītavu un zobu protēžu, kā arī ķirurģisko instrumentu izgatavošanai. Zobārstniecībā keramika uz cirkonija dioksīda bāzes ir materiāls protēžu izgatavošanai. Turklāt bioinerces dēļ šis materiāls kalpo kā alternatīva titānam zobu implantu ražošanā.
Cirkonijs tiek izmantots dažādu trauku ražošanai, kam piemīt izcilas higiēnas īpašības, pateicoties augstajai ķīmiskajai izturībai.
Cirkonija dioksīds (temp. 2700°C) tiek izmantots bacor ugunsizturīgo materiālu (bakor - baddeleyite-korunda keramikas) ražošanai. To izmanto kā šamota aizstājēju, jo tas palielina kampaņu stikla un alumīnija krāsnīs 3-4 reizes. Ugunsizturīgie materiāli uz stabilizēta dioksīda bāzes tiek izmantoti metalurģijas rūpniecībā siles, sprauslas nepārtrauktai tēraudu liešanai, tīģeļi retzemju elementu kausēšanai. To izmanto arī metālkeramikā – keramikas-metāla pārklājumos, kuriem ir augsta cietība un izturība pret daudzām ķīmiskām vielām, iztur īslaicīgu karsēšanu līdz 2750°C. Dioksīds ir emalju apduļķotājs, kas piešķir tām baltu un necaurspīdīgu krāsu. Pamatojoties uz cirkonija dioksīda kubisko modifikāciju, kas stabilizēts ar skandiju, itriju, retzemju metāliem, tiek iegūts materiāls - kubiskais cirkonijs (no FIAN, kur tas tika iegūts pirmo reizi), kubiskais cirkonijs tiek izmantots kā optiskais materiāls ar augstu refrakcijas koeficientu (plakanās lēcas). ), medicīnā (ķirurģijas instruments) , kā sintētisks dārgakmens (dispersija, laušanas koeficients un krāsu spēle ir lielāka nekā dimantam), sintētisko šķiedru ražošanā un dažu veidu stiepļu ražošanā (zīmējums). Sildot, cirkonija oksīds vada strāvu, ko dažreiz izmanto, lai padarītu sildelementus izturīgus pret gaisu ļoti augstā temperatūrā. Karsēts cirkonijs spēj vadīt skābekļa jonus kā ciets elektrolīts. Šo īpašību izmanto rūpnieciskajos skābekļa analizatoros.
Cirkonija hidrīds tiek izmantots kodoltehnoloģijā kā ļoti efektīvs neitronu moderators. Cirkonija hidrīdu izmanto arī cirkonija pārklāšanai plānu kārtiņu veidā, termiski sadalot to uz dažādām virsmām.
Cirkonija nitrīda materiāls keramikas pārklājumiem, kušanas temperatūra aptuveni 2990°C, hidrolizēts ūdens regijā. Ir atrasts pielietojums kā pārklājumi zobārstniecībā un juvelierizstrādājumos.
Cirkons, t.i. ZrSiO4 ir galvenais cirkonija un hafnija minerālu avots. Tāpat no tā tiek iegūti dažādi reti elementi un urāns, kas tajā koncentrēti. Cirkona koncentrātu izmanto ugunsizturīgo materiālu ražošanā. Augstais urāna saturs cirkonā padara to par ērtu minerālu vecuma noteikšanai, izmantojot urāna-svina datēšanu. Caurspīdīgi cirkona kristāli tiek izmantoti juvelierizstrādājumos (hiacinte, žargons). Cirkonu kalcinējot, tiek iegūti spilgti zili akmeņi, ko sauc par starlītu.
Aptuveni 55% no visa cirkonija tiek izmantoti keramikas ražošanai - keramikas flīzes sienām, grīdām, kā arī keramikas substrātu ražošanai elektronikā. Aptuveni 18% cirkona tiek izmantoti ķīmiskajā rūpniecībā, un patēriņa pieaugums šajā jomā pēdējos gados ir vidēji 11% gadā. Metālu kausēšanai tiek izmantoti aptuveni 22% cirkona, taču šis virziens pēdējā laikā nav bijis tik populārs, jo ir pieejamas lētākas cirkonija iegūšanas metodes. Atlikušie 5% cirkona tiek izmantoti katodu lampu ražošanai, taču patēriņš šajā jomā samazinās.
Cirkona patēriņš 2010. gadā strauji pieauga līdz 1,33 miljoniem tonnu pēc tam, kad pasaules ekonomikas lejupslīde 2009. gadā izraisīja patēriņa samazināšanos par 18% līdz 2008. gadam. Keramikas patēriņa pieaugums, kas veidoja 54% no cirkona patēriņa 2010. gadā, īpaši Ķīnā, kā arī citās jaunietekmes ekonomikās, piemēram, Brazīlijā, Indijā un Irānā, bija galvenais faktors, kas 2000. gados palielināja pieprasījumu pēc cirkona. Atrodoties ASV un eirozonā, patēriņš pat samazinājās. Cirkona patēriņš cirkonija ķīmiskajās vielās, tostarp cirkonijā, laikā no 2000. līdz 2010. gadam vairāk nekā dubultojās, savukārt cirkona izmantošana cirkonija metāla kausēšanai uzrādīja lēnāku pieauguma tempu.
Pēc Roskila teiktā, 90% no pasaulē patērētā metāla cirkonija tiek izmantoti kodolreaktoru komponentu ražošanā un aptuveni 10% etiķskābes ražotnēs izmantoto konteineru korozijas un augstspiediena izturīgas oderes ražošanā. Pēc ekspertu domām, nākotnē sagaidāms, ka globālais pieprasījums pēc metāla cirkonija palielināsies, jo vairākas valstis (Ķīna, Indija, Dienvidkoreja un ASV) plāno būvēt jaunas atomelektrostacijas.
Cirkonija oksīds, kas pazīstams arī kā cirkonija oksīds, tiek izmantots rūpnieciskos lietojumos, tostarp farmācijā, šķiedru optikā, ūdensnecaurlaidīgā apģērbā un kosmētikā. Lielāks cirkonija materiālu - cirkonija miltu un kausētā cirkonija - patēriņš ir saistīts ar straujo keramikas flīžu ražošanas pieaugumu Ķīnā. Dienvidkoreja, Indija un Ķīna ir nozīmīgi cirkonija oksīda izaugsmes tirgi. Saskaņā ar cirkonija tirgus izpētes ziņojumu Āzijas un Klusā okeāna reģions pārstāv lielāko un visstraujāk augošo reģionālo tirgu pasaulē. Saint-Gobain, kura galvenā mītne atrodas Francijā, ir viens no lielākajiem cirkonija oksīda ražotājiem.
Lielākais cirkonija galapatēriņa tirgus ir keramika, kas ietver flīzes, sanitārtehnikas izstrādājumus un galda piederumus. Nākamie lielākie tirgi, kuros izmanto cirkonija materiālus, ir ugunsizturīgo materiālu un lietuvju nozares. Cirkonu izmanto kā piedevu visdažādākajos keramikas izstrādājumos, to izmanto arī datoru monitoru un televizoru paneļu stikla pārklājumos, jo materiālam piemīt starojumu absorbējošas īpašības. Ķieģeļi ar cirkoniju tiek izmantoti kā alternatīva pamata risinājumiem ar kausētu cirkoniju.
Cirkona (ZrSiO4) ražošana un patēriņš pasaulē, tūkst.t*
| gadā | 2008 | 2009 | 2010 | 2011 | 2012 |
| Kopējā produkcija | 1300.0 | 1050.0 | 1250.0 | 1400.0 | 1200.0 |
| Ķīna | 400.0 | 380.0 | 600.0 | 650.0 | 500.0 |
| Citas valstis | 750.0 | 600.0 | 770.0 | 750.0 | 600.0 |
| Kopējais patēriņš | 1150.0 | 980.0 | 1370.0 | 1400.0 | 1100.0 |
| Tirgus līdzsvars | 150.0 | 70.0 | -120.0 | -- | 100.0 |
| COMEX cena | 788.00 | 830.00 | 860.00 | 2650.00 | 2650.00 |
* kopsavilkuma dati
Cirkona tirgus uzrādīja strauju kritumu, kas sākās 2008. gada beigās un turpinājās visu 2009. gadu. Ražotāji ir samazinājuši ražošanu, lai samazinātu izmaksas un pārtrauktu krājumu uzkrāšanu. Patēriņš sāka atjaunoties 2009. gada beigās, paātrināja izaugsmi 2010. gadā un turpinājās 2011. gadā. Piegādes, īpaši no Austrālijas, kur iegūst vairāk nekā 40% cirkonija rūdu, ilgstoši nepalielinājās, un citi ražotāji 2008.-2010.gadā bija spiesti laist tirgū aptuveni 0,5 miljonus tonnu savu rezervju. Tirgus deficīts kopā ar krājumu līmeņa samazināšanos izraisīja cenu pieaugumu, kas sākās 2009. gada sākumā. Līdz 2011. gada janvārim Austrālijas cirkona augstākās kvalitātes cenas bija rekordlīmenī pēc 50% pieauguma kopš 2009. gada sākuma un turpināja pieaugt 2011.–2012. gadā.
2008. gadā cenas cirkonija sūklim pieauga, jo sadārdzinājās cirkona smiltis, kas ir metāla ražošanas izejviela. Rūpniecisko cirkonija marku cenas pieauga par 7-8% - līdz USD 100/kg, bet metālam kodolreaktoriem - par 10% - līdz USD 70-80. Jau 2009. gada otrajā pusē cirkonija cenas atsāka augt atkal un tādā veidā, ka cirkonija vidējās cenas 2009. gadā bija augstākas nekā 2008. gadā. 2012. gadā cirkonija cenas pieauga līdz 110 USD/kg.
Neskatoties uz mazāku patēriņu 2009. gadā, cirkona cenas strauji nesamazinājās, jo lielākie ražotāji samazināja ražošanu un samazināja krājumus. 2010. gadā ražošana nevarēja sekot pieprasījumam, galvenokārt tāpēc, ka cirkona imports no Ķīnas 2010. gadā pieauga par vairāk nekā 50% līdz 0,7 miljoniem tonnu. Tiek prognozēts, ka pieprasījums pēc cirkona līdz 2015. gadam pieaugs par 5,4% gadā, bet ražošanas jauda var pieaugt tikai par 2,3% gadā. Tāpēc papildu piedāvājums joprojām būs ierobežots, un cenas var turpināt pieaugt, līdz tiešsaistē nonāks jauni dizaini.
Saskaņā ar Global Industry Analysts (GIA) publicēto pētījumu ziņojumu, paredzams, ka pasaules cirkonija tirgus līdz 2017. gadam sasniegs 2,6 miljonus metrisko tonnu. Pārskatā ir sniegti pārdošanas aprēķini un prognozes no 2009. līdz 2017. gadam dažādos ģeogrāfiskajos tirgos, tostarp Āzijas un Klusā okeāna reģionā, Eiropā, Japānā, Kanādā un Amerikas Savienotajās Valstīs.
Izaugsme starptautiskajā kodolenerģijas nozarē palielinās pieprasījumu pēc cirkonija, kā arī palielinās tās ražošanas jaudu globāli. Citi izaugsmes faktori ir pieaugošais pieprasījums Āzijas un Klusā okeāna reģionā, kā arī keramikas flīžu ražošanā visā pasaulē.
Cirkonijs elementārajā formā ir sudrabaini balts metāls, kam raksturīgas tādas raksturīgas īpašības kā izturība pret koroziju un elastība. Dabā tas ir diezgan izplatīts, bet tajā pašā laikā ļoti izkliedēts. Lielas tā atradnes vēl nav atrastas. Pirmo reizi par šī metāla pastāvēšanas iespējamību cilvēki uzzināja 1789. gadā. Tad ķīmiķis M. Klaprots, pētot minerālu cirkonu, nejauši atklāja tā oksīdu. Tīrā veidā šis metāls tika iegūts tikai 1925. gadā.Mūsdienu pasaulē cirkonijs, kura ražošana ir plaši izplatīta, tiek izmantots dažādās nozarēs. Protams, ar tā ražošanu nodarbojas arī daudzi vietējie uzņēmumi.
vispārīgs apraksts
Neparastas īpašības - tas galvenokārt nosaka tāda salīdzinoši reta metāla kā cirkonija rūpniecisko vērtību. Tās ražošana ir labvēlīga valsts ekonomikai, jo:
Augsta ķīmiskās izturības pakāpe. Sālsskābe uz šo metālu absolūti nekādi neietekmē, un tā reaģē ar sērskābi tikai koncentrācijā vismaz 50% un temperatūrā virs +100 grādiem.
Spēja sadedzināt gaisā ar nelielu dūmu daudzumu vai bez tā. Cirkonijs (smalki izkliedēts) var spontāni aizdegties jau 250 C temperatūrā.
bioloģiskā inerce. Cirkonijs absolūti nekaitē cilvēka vai dzīvnieka ķermenim. Ieguvumus, pretēji plaši izplatītam uzskatam, viņš, diemžēl, arī nevar dot.
Nozarē ļoti populārs ir ne tikai pats šis metāls, bet arī tā savienojumi. Piemēram, cirkonim ir ļoti augsta cietība un patīkams dimanta spīdums. Tāpēc dažreiz to izmanto kā lētu dimantu aizstājēju. Tiesa, pēdējos gados cirkons rotās tiek izmantots arvien retāk. Pašlaik dimantu imitācijas biežāk tiek izgatavotas no kubiskā cirkonija (mākslīgā cirkonija).
Kur tiek izmantots
Cirkonija ražošana šobrīd ir viena no svarīgākajām metalurģijas nozares jomām. Lai gan to izmanto daudzās tautsaimniecības jomās (piemēram, medicīnas instrumentu vai pirotehnisko ierīču ražošanā), visbiežāk to izmanto ar ūdeni dzesējamos reaktoros atomelektrostacijās.
Izejvielas ražošanai
Diemžēl cirkonija masas daļa zemes garozā tā izplatības dēļ vēl nav noteikta. Pēc zinātnieku domām, tas var būt 170-250 grami uz tonnu. Patiesībā dabā ir daudz cirkona minerālu. Šobrīd zinātnieki zina apmēram 40 viņu šķirnes. Tomēr visbiežāk cirkonija ražošanai tiek izmantotas tikai šādas izejvielas:
baddeleyīts;
eudialīts;
Lielas cirkona nogulsnes uz planētas, kā jau minēts, nepastāv. Krievijā ir tikai dažas nelielas šādu derīgo izrakteņu atradnes. Tos iegūst arī tādās valstīs kā ASV, Indija, Brazīlija un Austrālija. Cirkons (ZrSiO4), protams, ir visizplatītākais minerāls, ko izmanto cirkonija iegūšanai. Vairumā gadījumu dabā to pavada hafnijs.
Cirkonija ražošana Krievijā: īpašības
Krievijas Federācijā šo metālu pašlaik ražo viens uzņēmums - Čepetskas mehāniskā rūpnīca, kas atrodas Glazovas pilsētā (Udmurtija). Tās pirmās darbnīcas tika uzceltas Otrā pasaules kara sākumā. Līdz 1942. gadam rūpnīca sasniedza pilnu projektēto jaudu. Tajā laikā šeit galvenokārt ražoja patronas. 1946. gadā uzņēmums tika pārklasificēts par urāna metāla ražošanas rūpnīcu. Vēlāk (1957. gadā) šeit sāka ražot cirkoniju un pēc tam supravadošus metālus, kalciju un titānu. Šodien šis uzņēmums ir daļa no TVEL Corporation, kas ir viens no pasaules līderiem ražošanā. TVEL investīcijas cirkonija ražošanā CMP gadā sasniedz miljardus rubļu. Mūsdienās šis uzņēmums piegādā cirkoniju vietējam un pasaules tirgum:
stieple;
komponenti TVS un TVEL.
Čepetskas mehāniskajā rūpnīcā tiek izgatavoti arī suvenīri no šī metāla.
Izejvielu apstrāde un skābju šķīdumu iegūšana
Cirkonijs, kura ražošana ir sarežģīts tehnoloģiskais process, ir diezgan dārgs metāls. Tās ražošana sākas ar rūdas attīrīšanu, kas tiek piegādāta no atradnēm. Izejvielu apstrāde parasti ietver šādas darbības:
bagātināšana ar gravitācijas metodi;
iegūtā koncentrāta attīrīšana ar elektrostatisko un magnētisko atdalīšanu;
koncentrāta sadalīšana, hlorējot, sapludinot ar kaustisko soda vai kālija fluorsilikātu, saķepinot ar kaļķi;
izskalošana ar ūdeni, lai noņemtu silīcija savienojumus;
atlikuma sadalīšana ar sērskābi vai sālsskābi, lai iegūtu sulfātu vai oksihlorīdu.
Fluorosilikāta aglomerātu apstrādā ar paskābinātu ūdeni ar karsēšanu. Pēc iegūtā šķīduma atdzesēšanas izdalās kālija fluorocirkonāts.
Savienojumi
Nākamais cirkonija ražošanas posms ir tā savienojumu sagatavošana no skābiem šķīdumiem. Šim nolūkam var izmantot šādas tehnoloģijas:
cirkonija oksihlorīda kristalizācija, iztvaicējot sālsskābes šķīdumus;
sulfātu hidrolītiskā izgulsnēšana;
cirkonija sulfāta kristalizācija.
Hafnija attīrīšana
Cirkonijs, kura ražošanas tehnoloģija Krievijā (kā arī visur citur pasaulē) ir diezgan sarežģīta, ir jāatdala no šī piemaisījuma. Lai attīrītu metālu no hafnija, var izmantot:
K2ZrF6 frakcionēta kristalizācija;
šķīdinātāja ekstrakcija;
tetrahlorīdu (HfCl4 un ZrCl4) selektīva reducēšana.
Kā tiek iegūts metāls?
Ir dažādi veidi, kā ražot cirkoniju. Metālu var izmantot rūpniecībā:
pulvera vai sūkļa veidā;
kompakti kaļami;
augsta tīrības pakāpe.
Pirmajā posmā uzņēmumos tiek ražots pulverveida cirkonijs. Tā ražošana tehnoloģiski ir salīdzinoši vienkārša. Tas ir izgatavots ar metāla termiskās reducēšanas metodi. Hlorīdiem izmanto magniju vai nātriju, un oksīdiem izmanto kalcija hidrīdu. Elektrolītiski pulverveida cirkonijs tiek iegūts no sārmu metālu hlorīdiem. Šādā veidā ražotais materiāls parasti tiek saspiests. Turklāt to izmanto kaļamā cirkonija iegūšanai elektriskās loka krāsnīs. Pēdējais pēdējā posmā tiek pakļauts elektronu staru kūšanai. Rezultāts ir augstas tīrības cirkonijs. To galvenokārt izmanto kodolreaktoros.
ražošanas tehnoloģija un apjoms
Šis ir viens no rūpniecībā un tautsaimniecībā pieprasītākajiem cirkonija savienojumiem. Dabā tas sastopams kā minerāls baddeleyīts. Tas ir balts kristālisks pulveris ar pelēku vai dzeltenīgu nokrāsu. To var izgatavot, piemēram, ar jodīda rafinēšanas metodi. Šajā gadījumā kā izejvielas tiek izmantotas parastās metāla cirkonija skaidas. Cirkonija dioksīdu izmanto keramikas ražošanā (tostarp protezēšanas jomā), apgaismes ķermeņu un ugunsizturīgo materiālu ražošanā, krāšņu būvniecībā u.c.
Cirkona rezerves Krievijā
Cirkonija ražošana Krievijā, protams, ir iespējama tikai tāpēc, ka valstī ir tā atradnes. Šīs grupas rūdu rezerves Krievijas Federācijā (salīdzinot ar globālajām) ir diezgan lielas. Pašlaik Krievijā ir 11 šādi noguldījumi. Lielākais brīvais ir Centrālais, kas atrodas Tambovas reģionā. Perspektīvākās atradnes šobrīd ir Beshpagirskoje (Stavropoles apgabals), Kirsanovskaye (Tambovas apgabals) un Ordinskoje (Novosibirska). Tiek uzskatīts, ka Krievijā pieejamās cirkona rezerves ir pilnīgi pietiekamas, lai apmierinātu valsts rūpniecības prasības. Tehnoloģiski vislabvēlīgākā vieta pašlaik ir Austrumu centrālais lauks.
Statistikas dati
Tādējādi šī procedūra jebkurai valstij, tostarp Krievijai, ir ļoti svarīga - cirkonija ražošana. Tā ražošanas tehnoloģija ir sarežģīta, taču tā izlaišana jebkurā gadījumā ir vairāk nekā pamatota. Šobrīd cirkonijs ir vienīgais retais metāls, kura ražošanas un patēriņa apjoms sasniedz simtiem tūkstošu tonnu. Krievija savu rezervju ziņā ieņem ceturto vietu pasaulē. Strukturāli un kvalitatīvi cirkonija izejvielu bāze mūsu valstī ļoti atšķiras no ārvalstu. Vairāk nekā 50% no šīs grupas rūdas krājumiem Krievijas Federācijā ir saistīti ar sārmainiem granītiem, 35% ar cirkona-rutila-ilmenīta uzmetējiem un 14% ar baddeleyīta kamaforītiem. Ārzemēs gandrīz visas šādu derīgo izrakteņu rezerves ir koncentrētas piekrastes-jūras zonās.
Secinājuma vietā
Tādējādi mēs uzzinājām, kā cirkonijs tiek ražots Krievijā. Diemžēl šodien pasaules tirgū ir diezgan akūts šī metāla deficīts. Tāpēc Krievija nevar paļauties uz savu importu. Tāpēc ir jāpievērš maksimāla uzmanība mūsu pašu noguldījumu attīstībai. Tajā pašā laikā, lai stiprinātu cirkonija izejvielu bāzi Krievijas Federācijā, ir vērts izstrādāt arī efektīvākās iegūto izejvielu izmantošanas tehnoloģijas.
2. lapa
1945. gadā ASV saražoja tikai 0,07 kg cirkonija, tomēr, sākot ar 1948. gadu, saistībā ar darbu pie kodolreaktoru izveides, cirkonija ražošana strauji pieauga un dažos gados sasniedza vairākus desmitus tonnu.
Cirkonija rūdu atradnes, kas dabā ir izplatītas daudz plašāk nekā, piemēram, berilijs, pēc ārvalstu preses ziņām ir ASV, Indijā, Brazīlijā, Austrālijā un vairākos Āfrikas štatos. Cirkonija ražošana ASV no 1947. līdz 1958. gadam pieauga 3 tūkstošus reižu.
Pateicoties augstajām pretkorozijas īpašībām, cirkoniju var izmantot ķīmisko iekārtu detaļu, medicīnisko instrumentu ražošanā un citās tehnoloģiju jomās. Tomēr maz ticams, ka cirkonija ražošana būtu tik ātri sasniegusi mūsdienu līmeni, ja tai nebūtu vēl vienas specifiskas īpašības - neliels termiskās neitronu absorbcijas šķērsgriezums.
Tehnoloģija un aprīkojums, ko izmanto hafnija iegūšanai ar Kroll metodi, būtībā ir tāds pats kā metāliskā cirkonija ražošanā. Modifikācijas, salīdzinot ar cirkonija ražošanas tehnoloģisko procesu, nosaka atsevišķu aparātu nomaiņa vai maiņa, tehnoloģiskās darbības un izejmateriālu markas. Šeit jāpatur prātā hafnija tetrahlorīda lielāka jutība pret atmosfēras mitrumu, lielāka hafnilhlorīda stabilitāte un nedaudz lielāka svaigi iegūta metāla sūkļa piroforitāte.
Tā kā hafnijs tiek iegūts kopā ar reaktora cirkonija ražošanu, tā ražošana palielinās proporcionāli pēdējā izdalīšanai, turklāt par 50 kg cirkonija; saņem aptuveni 1 kg hafnija. Izmantojot šo aprēķinu, atsevišķi tiek iegūta fragmentāra informācija par cirkonija ražošanu. Saskaņā ar ASV Raktuvju biroja prognozi], kas publicēta 1975. gadā, valsts nepieciešamība pēc hafnija XX - - XXI gadsimtu mijā.
Cirkonija spektrālā analīze piemaisījumu noteikšanai ir lielā mērā sarežģīta, jo uz cirkonija daudzlīniju spektra fona ir grūti atšķirt vājas līnijas zemu piemaisījumu koncentrāciju spektros. Šī metode ļauj arī noteikt nelielas fluora koncentrācijas metāliskā cirkonijā, kas ir ļoti svarīgi elektrolītiskā cirkonija ražošanas kontrolē.
Tā kā hafnijs tiek iegūts kopā ar reaktora cirkonija ražošanu, tā ražošana palielinās proporcionāli pēdējā izdalīšanai, un uz 50 kg cirkonija tiek iegūts aptuveni 1 kg hafnija. Pašreizējās desmitgades laikā (1970. - 1980.) pasaules atomelektrostaciju jauda palielināsies attiecīgi 5 - 8 reizes, palielināsies cirkonija un hafnija ražošana. Galu galā katram atomenerģijas megavatam cauruļu un citu detaļu ražošanai ir nepieciešami no 45 līdz 79 kg cirkonija. Turklāt ik gadu jānomaina 25 - 35% cirkonija cauruļu darbojošos reaktoros. Līdz ar to jau 20. gadsimta 70. gadu vidū šiem mērķiem tiks patērēts aptuveni tikpat daudz cirkonija kā jauniem reaktoriem.
Fluorīda sublimācijas tehnoloģija cirkonija tetrafluorīda attīrīšanai no Al, Ca, Cu, Fe, Mg fluorīdiem tika labi apgūta PSRS 80. gados Pridņeprovska ķīmiskajā rūpnīcā, izstrādājot un attīstot ekstrakcijas fluorīda tehnoloģiju ražošanai. kodoltīra cirkonija.
Ca, Cu, Fe, Mg, Th) ir fluora sastāva veidā, ko iegūst, attīrot cirkoniju ar sublimāciju. Liela mēroga cirkonija un silīcija plazmas ražošanā šo atkritumu uzkrātā masa laika gaitā var kļūt nozīmīga; To apstrādei var izmantot plazmas un frekvenču tehnoloģijas, lai ekstrahētu šos komponentus izkliedētu oksīdu vai metālu veidā (sk.
Apstrādājot 1 tonnu cirkona un ekstrahējot no tā cirkoniju un silīciju fluorīdu veidā, atkritumos paliek 46 kg Al; 0 1 kg Ca; 0 4 kg Si; 1 3 kg Fe; 1 1 kg Mg; 0 3 - 0 4 kg Th; 0 3 - 0 4 kg U; 0 3 kg Ti; tie. 8 6 kg metālu, no kuriem galvenā daļa (A1, Ca, Cu, Fe, Mg, Th) ir fluora sastāva veidā, kas iegūts cirkonija sublimācijas attīrīšanā. Liela mēroga cirkonija un silīcija plazmas ražošanā šo atkritumu uzkrātā masa laika gaitā var kļūt nozīmīga; To apstrādei var izmantot plazmas un frekvenču tehnoloģijas, lai ekstrahētu šos komponentus izkliedētu oksīdu vai metālu veidā (sk.
1945. gadā ASV saražoja tikai 0,07 kg cirkonija, tomēr, sākot ar 1948. gadu, saistībā ar darbu pie kodolreaktoru izveides, cirkonija ražošana strauji pieauga un dažos gados sasniedza vairākus desmitus tonnu. Līdz ar to cirkonija ražošanas tehnoloģija, kas pirms dažiem gadiem bija retums, tagad ir progresīvāka nekā daudzu citu metālu ražošanas tehnoloģija, kas ir zināma un izmantota gadu desmitiem.
Saskaņā ar sildīšanas principu vakuuma loka krāsnis tiek klasificētas kā tiešas darbības loka krāsnis. Vakuuma loka krāsnis ir viens no jaunajiem elektrotermisko iekārtu veidiem. To izskatu izraisa cirkonija, titāna, molibdēna un dažu citu ugunsizturīgu un reaktīvo materiālu ražošanas pieaugums.
Bet arī šajā gadījumā to nevar izmantot bez iepriekšējas ķīmiskas attīrīšanas (skat. 15.5. nodaļu) no elementa hafnija, kas vienmēr ir to pavadā dabā un kam ir cirkonija ķīmiskās īpašības. Hafnijs, ko iegūst reaktora cirkonija ražošanā, ir lielisks materiāls reaktora vadības stieņu izgatavošanai.
Hafnijs ir D. I. Mendeļejeva periodiskās tabulas IV grupā un iekļauts titāna apakšgrupā. Tas attiecas uz mikroelementiem, kuriem nav savu minerālu; dabā pavada cirkoniju. Šobrīd to iegūst kā blakusproduktu cirkonija ražošanā. Pēc ķīmiskajām un fizikālajām īpašībām hafnijs ir tuvs cirkonim, taču kodolīpašību ziņā būtiski atšķiras no pēdējā.
Ķīmiskajā rūpniecībā molibdēnu izmanto blīvju un skrūvju veidā ar stikla flīzēm izklāto tvertņu karstajam remontam (degvielas uzpildei), ko izmanto, strādājot ar sērskābi un skābā vidē, kurā izdalās ūdeņradis. Produktos, kas darbojas sērskābē, tiek izmantoti arī molibdēna termopāri un vārsti, un molibdēna sakausējumi kalpo kā reaktoru oderējums iekārtās, kas paredzētas p-butilhlorīda ražošanai reakcijās ar sālsskābi un sērskābi temperatūrā, kas pārsniedz 170 °C. dažādi molibdēna pielietojumi ietver arī šķidrās fāzes hidrohlorēšanu, cirkonija un īpaši tīra torija ražošanu.
Tīrā veidā tas nenotiek zemes garozā. To iegūst no rūdas koncentrātiem. No gada uz gadu cirkonija metāls arvien vairāk tiek izmantots dažādās nozarēs – metalurģijā, enerģētikā, kodolenerģētikā, medicīnā, juvelierizstrādājumu rūpniecībā, sadzīvē.
Cirkonija apraksts un īpašības
Dabā šis metāls tiek izplatīts ķīmisko dabisko savienojumu veidā - oksīdi vai sāļi, no kuriem ir zināmi vairāk nekā četrdesmit. 1789. gadā vācu ķīmiķis Klaprots izdalīja cirkonija oksīdu no hiacintes akmens, vērtīgas cirkona šķirnes. Ilgu laiku zinātnieki nevarēja iegūt tīru metālu, un tikai XX gadsimta 20. gados eksperimenti vainagojās panākumiem.
Metāliskais cirkonijs tika iegūts ar "augšanas" metodi, kurā tas tīrā veidā tika uzklāts uz karsta volframa pavediena. cirkonija metāla cena,šādā veidā iegūts izrādījās diezgan augsts. Tika izstrādāta lētāka rūpnieciskā metode - Croll metode, kurā cirkonija dioksīds vispirms tiek hlorēts, bet pēc tam reducēts ar magnija metālu.
Iegūtais cirkonija sūklis tiek izkausēts stieņos un nosūtīts patērētājam. Papildus hlorīda metodei ir arī citas galvenās rūpnieciskās metodes cirkonija - sārma un fluora - ekstrakcijai. Izrādījās, ka metāla cirkonija īpašības ir ļoti interesanti. Kā tipisks savas metālu grupas pārstāvis tam ir diezgan augsta ķīmiskā aktivitāte, tikai tā neparādās atvērtā veidā.
Ārēji kompaktais metāliskais cirkonijs ir ļoti līdzīgs tēraudam. Normālos apstākļos tam ir ļoti svarīga kvalitāte – tas nerūsē. Papildus tam tas ir lieliski apstrādāts dažādos veidos - velmēšanas, kalšanas. Acij neredzamā oksīda plēve uz virsmas droši aizsargā to no atmosfēras gāzēm un ūdens tvaikiem. Tikai tad, kad temperatūra paaugstinās līdz 300°, šī plēve pakāpeniski tiek iznīcināta, un 700° temperatūrā metāls tiek pilnībā oksidēts.
Ūdens ietekmē cirkonijs, tāpat kā daudzi metāli, neoksidējas, bet ir pārklāts ar nešķīstošu plēvi, kas pasargā to no korozijas. Kompakts cirkonija metāla foto atšķiras ar augstu karstumizturību, izturību pret amonjaka, skābju, sārmu iedarbību, labi aiztur starojumu. Cirkonija skaidas un pulveris gaisā uzvedas diezgan atšķirīgi. Šīs vielas pat istabas temperatūrā var viegli spontāni aizdegties un bieži eksplodēt.
Cirkonijs veidojas ar daudziem metāliem. Pievienojot to nelielā daudzumā, ievērojami uzlabojas to īpašības – palielinās izturība, izturība pret koroziju. Tajā pašā laikā citu metālu pievienošana cirkonim tikai pasliktina tā īpašības, un tāpēc tos izmanto ārkārtīgi reti.
Cirkonija atradnes un ieguve
Cirkonija rūdas atradnes ir izkaisītas dažādās planētas daļās. Tas notiek amorfu oksīdu, sāļu un lielu monokristālu veidā, kas dažreiz sver vairāk nekā vienu kilogramu. Bagātīgas rūdas rezerves atrodas Austrālijā, Ziemeļamerikā, Rietumāfrikā, Indijā, Dienvidāfrikā, Brazīlijā. Krievijā ievērojamas cirkonija izejvielu rezerves ir koncentrētas Urālos un Sibīrijā.
Nozīmīgākie rūpnieciskie lietojumi ir cirkons, cirkonija silikāts, cirkonija dioksīds un baddeleyīts. Visizplatītākais cirkonija minerāls uz planētas ir cirkons. Tas ir zināms cilvēcei kopš seniem laikiem. Viduslaikos juvelieri bieži izgatavoja rotaslietas no “nepilnīgiem dimantiem”, kā tajos laikos sauca cirkonus. Pēc griešanas tie bija vairāk duļķaini, spīdēja un mirdzēja atšķirīgi no dabīgajiem dimantiem.
Ir bīstami radioaktīvie cirkoni, kuru rotaslietu nēsāšana ļoti slikti ietekmē veselību. Maza izmēra, nedaudz krāsoti un salīdzinoši caurspīdīgi akmeņi tiek uzskatīti par drošākiem. Cirkoniem ir dažādas krāsas. Tātad, hiacinte var būt medusdzeltena, sarkana, rozā, zvaigžņu gaiši - debeszila.
Lieli, intensīvi krāsoti cirkoni, īpaši tie, kas ir zaļi un necaurspīdīgi, var izraisīt paaugstinātu starojuma līmeni. Šādus akmeņus ir aizliegts glabāt mājās kolekcijās, eksponēt, transportēt lielos daudzumos. Neskatoties uz to, ka cirkonijs dabā ir 12.visbiežāk sastopamais metāls, ilgu laiku tas bija mazāk populārs par pat retajiem radioaktīvajiem metāliem. Tas izskaidrojams ar to, ka tās atradnes ir ārkārtīgi izkliedētas un nav lielu nogulumu.
Bieži rūdā cirkonijs atrodas blakus hafnijam, kas pēc īpašībām ir tam tuvs. Atsevišķi katram no šiem metāliem ir pievilcīgas īpašības, taču kombinētā klātbūtne padara tos nederīgus lietošanai. Lai tos atdalītu, tiek izmantota daudzpakāpju attīrīšana, kas ievērojami palielina plastmasas cirkonija ražošanas izmaksas.
Cirkonija pielietojums
Pateicoties tādām svarīgām īpašībām kā izturība pret koroziju, sārmiem, skābēm, cirkoniju plaši izmanto dažādās nozarēs. Tātad metalurģijā to izmanto tēraudu leģēšanai un sakausējumu kvalitātes uzlabošanai. Pulvera veidā to izmanto pirotehnikā un munīcijas ražošanā - tālvadības bumbas, marķierlodes, signālraķetes.
Ceturtā daļa no iegūtā cirkonija koncentrāta tiek patērēta glazūru, sadzīves un elektrokeramikas ražošanā. Cirkonijs, kas attīrīts no hafnija sakausējumu veidā, tiek izmantots kodolreaktoros kā strukturāls materiāls. Šo metālu plaši izmanto medicīnā un ikdienas dzīvē. Plāna cirkonija plāksne aiztur radiāciju rentgena nodaļā daudz vairāk nekā svina priekšauti.
Cirkonija metāla ārstnieciskās īpašības
Kaulu lūzumu ārstēšanai traumatoloģijas klīnikās tiek izmantoti implanti, kas izgatavoti no cirkonija sakausējumiem. Salīdzinot ar titānu un nerūsējošo materiālu, tiem ir būtiskas priekšrocības: bioloģiskā saderība (nav alerģiskas reakcijas un noraidīšanas), augsta izturība pret koroziju, izturība, lokanība, vieglums.
Sejas un žokļu ķirurģijā tiek izmantoti cirkonija instrumenti un implanti, piemēram, skavas, plāksnes, urbji, skrūves, protēzes, hemostati, šuvju diegi. Cirkonijs un tā sakausējumi, saskaroties ar kauliem un audiem, neizraisa kairinājumu.
Cirkonija metāls juvelierizstrādājumos labvēlīga ietekme uz cilvēka ķermeņa vispārējo stāvokli. Ir noskaidrots, ka cirkonija oksīda nēsāšana pēc ausu caurduršanas veicina brūces ātru dzīšanu un nekad neizraisa tās pūšanu.
Regulāri valkājot cirkonija izstrādājumi labvēlīgi ietekmē veselību. Labus rezultātus iegūst, valkājot cirkoniju un jostas pie tādām ādas slimībām kā ekzēma bērniem un pieaugušajiem, dermatīts, psoriāze. Būtiski uzlabojas to pacientu stāvoklis, kuriem ir problēmas ar muskuļu un skeleta sistēmu.
Cirkonija cena
Metāls tiek pārdots par kilogramu. Tas tiek piegādāts caurules, stieņa, sloksnes, stieples, loksnes uc veidā. Izmaksas ir atkarīgas no produkta ražotāja un zīmola.
1. lapa
Cirkonija un tā boru saturošo sakausējumu ražošanai nepieciešama rūpīga kontrole. Tā kā literatūrā nav aprakstītas ķīmiskās metodes bora noteikšanai metāliskā cirkonijā un tā sakausējumos, šī darba mērķis bija izstrādāt vienkāršu ķīmisku metodi bora satura noteikšanai metāliskā cirkonijā un tā sakausējumos, jo īpaši sakausējumos ar zemu niobija saturu.
Cirkonija ražošanā jodīda metodei, atšķirībā no titāna ražošanas, ir rūpnieciska nozīme.
Satur emisijas no cirkonija ražošanas, organiskās sintēzes katalizatori.
Hafniju iegūst tikai kā blakusproduktu reaktora tipa cirkonija ražošanā. Tās galvenais pielietojums ir vadības stieņu ražošana kodolreaktoros. Kopējais patēriņš šobrīd nepārsniedz 75% no saražotā. Tomēr jaunu pielietojuma jomu izpēte - augstas temperatūras sakausējumu, pavedienu, geteru, zibspuldzes pulvera, detonatoru ražošana - var ievērojami palielināt pieprasījumu pēc metāla. Hafnija atdalīšana no cirkonija ir dārgs process, un atdalīšanas izmaksas parasti tiek sadalītas vienādi starp abu metālu izmaksām.
Cirkonija ražošanas plazmas fluorīda un ekstrakcijas fluorīda tehnoloģiju produktu īpašībās nav pilnīgas analoģijas, jo ekstrakcijas fluorīda tehnoloģijā cirkonijs un hafnijs tiek atdalīti hidroķīmiskajā stadijā, ekstrahējot. Gadījumā, ja cirkona apstrādei tiek izmantota plazmas fluorīda tehnoloģija cirkonija sublimācijas attīrīšanas laikā no tabulā norādītajiem piemaisījumiem. 3.4, hafnijs galvenokārt seko cirkonim.
Cirkonija un hafnija atdalīšanas metode ar kausējumu elektrolīzi ir interesanta cirkonija ražošanā, jo vienlaikus ar metāliskā cirkonija ražošanu tas tiek attīrīts no hafnija.
Izejvielas hafnija iegūšanai ir cirkonija koncentrāti vai cirkonija ražošanas produkti un starpprodukti.
Visas šīs grūtības rada nepieciešamību rūpīgi attīrīt cirkonija un hafnija ražošanā izmantotos reaģentus, īpaši no skābekļa, ūdens un slāpekļa, un ierobežo šo metālu iegūšanai izmantojamo metožu izvēli.
Hafnija metālu var iegūt ar tām pašām metodēm, kuras izmanto cirkonija ražošanā. Hafnija tetrahlorīdu attīra, destilējot ūdeņraža atmosfērā, un pēc tam reducē ar magniju. Hafnija sūkļa attīrīšana no magnija hlorīda tiek veikta cirkonija sūkļa tīrīšanas iekārtās, jo šajā darbībā nav nopietnu risku hafnija piesārņošanai ar cirkoniju vai otrādi. Sūkļveida hafniju lokā izkausē un lej vara veidnēs.
Hafnija metālu iegūst ar tām pašām metodēm, kuras izmanto cirkonija ražošanā: ar Kroll metodi, ar modificētu Kroll metodi, kurā kā reducētāju izmanto nātriju, un ar de Boer jeb jodīda procesu.
Jodīda process mīksta, kaļamā hafnija ražošanai ir līdzīgs tam, ko izmanto cirkonija ražošanā, tāpēc aprīkojums, ar kuru iegūst jodīda hafniju, ir aptuveni tāds pats kā cirkonija iegūšanas gadījumā. Saskaņā ar datiem hafnija nokrišņu temperatūra no tetrajodīda ir 1600 C, bet cirkonija - 1400 C.
Detalizēta Kroll procesa izpēte, ko piemēro titānam, var ļaut veikt dažas izmaiņas cirkonija ražošanas tehnoloģiskajā shēmā; jo īpaši tas attiecas uz aparāta vienkāršošanu, vairāku darbību samazināšanu un agregātu lieluma palielināšanu.
Lai iegūtu tīrākus niobija un tantala pulverus, labāk ir veikt gāzveida hlorīdu reducēšanu ar šķidru magniju tādā pašā veidā, kā tas tiek darīts cirkonija ražošanā.
Notiek ielāde...